JPS644362B2 - - Google Patents

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JPS644362B2
JPS644362B2 JP59027222A JP2722284A JPS644362B2 JP S644362 B2 JPS644362 B2 JP S644362B2 JP 59027222 A JP59027222 A JP 59027222A JP 2722284 A JP2722284 A JP 2722284A JP S644362 B2 JPS644362 B2 JP S644362B2
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JP
Japan
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line
coplanar
slot
slot line
lines
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JP59027222A
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Japanese (ja)
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JPS60172802A (en
Inventor
Hirotsugu Ogawa
Tetsuo Hirota
Kazunori Yamamoto
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • H01P5/20Magic-T junctions

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は半導体基板上における、共平面線路を
用いたハイブリツド回路の構成法に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a method for constructing a hybrid circuit using coplanar lines on a semiconductor substrate.

(従来技術と問題点) 第1図は従来のハイブリツド回路を示す図で、
aは平面図、bは断面図である。
(Prior art and problems) Figure 1 shows a conventional hybrid circuit.
A is a plan view, and b is a sectional view.

従来の共平面線路を用いるハイブリツド回路は
第1図に示すように誘電体基板13の片面にスロ
ツト線路5,8,9、マイクロストリツプ線路
6,7,10を設け、これらの線路を誘電体基板
内に設けたスルーホール内導体11,12によつ
て結合させて構成されていた。
In a conventional hybrid circuit using coplanar lines, slot lines 5, 8, 9 and microstrip lines 6, 7, 10 are provided on one side of a dielectric substrate 13, as shown in FIG. The conductors 11 and 12 in through holes provided in the body substrate were used to connect the conductors 11 and 12 to each other.

このような従来の構成では基板の両面を用いて
いるため、表面のパターンと裏面のパターンとの
位置合せに対して高い精度が要求されるので、製
造工程が複雑であつた。また、表面及び裏面に形
成した線路を結合させるため、基板内にスルーホ
ールを設け、この内部に導体を挿入しているが、
このような構造では不連続部の影響により寄生素
子が存在するため、寄生素子の影響が無視できる
周波数領域にしか適用できなかつた。すなわち、
高い周波数帯では寄生素子の影響が大きくなり、
そのため本構成の適用できる周波数限界が存在す
るという欠点があつた。また、基板内にスルホー
ルを設ける場合、機械工作等が必要になり、全回
路をパターンニングのみで製造できないため、製
造コストが高くなるという欠点があつた。
In such a conventional structure, since both sides of the substrate are used, high precision is required for alignment between the pattern on the front surface and the pattern on the back surface, making the manufacturing process complicated. In addition, in order to connect the lines formed on the front and back sides, a through hole is provided in the board and a conductor is inserted inside this hole.
In such a structure, parasitic elements exist due to the influence of discontinuities, so that it can only be applied to frequency regions where the influence of parasitic elements can be ignored. That is,
In high frequency bands, the influence of parasitic elements increases,
Therefore, there is a drawback that there is a frequency limit to which this configuration can be applied. Further, when providing through holes in the substrate, machining and the like are required, and the entire circuit cannot be manufactured by patterning alone, resulting in an increase in manufacturing costs.

(発明の目的) 本発明はこれら欠点を除去するため半導体基板
上で共平面線路のみを用いてハイブリツド回路を
構成したもので、以下実施例の図面に基づいて詳
細に説明する。
(Object of the Invention) In order to eliminate these drawbacks, the present invention constitutes a hybrid circuit using only coplanar lines on a semiconductor substrate, and will be described in detail below with reference to drawings of embodiments.

(発明の実施例) 第2図は本発明の1実施例を示す図であつて、
特許請求の範囲第2項記載の実施態様について示
したものであり、1,2,3,4は入出力ポー
ト、15はスロツト線路、16,17,18はコ
プレナー線路、19は結合スロツト線路、20,
21,22はストリツプ導体、23は絶縁膜、1
4は半導体基板を表わしている。
(Embodiment of the invention) FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention,
This figure shows an embodiment according to claim 2, in which 1, 2, 3, and 4 are input/output ports, 15 is a slot line, 16, 17, and 18 are coplanar lines, 19 is a coupled slot line, 20,
21 and 22 are strip conductors, 23 is an insulating film, 1
4 represents a semiconductor substrate.

ポート1からの入力信号はスロツト線路15を
経て、結合スロツト線路19に変換されるが、結
合スロツト線路19の他端において外側2導体が
ストリツプ導体22で短絡されているため、結合
スロツト線路19の長さを4分の1波長の奇数倍
に選んでおけば、スロツト線路15と結合スロツ
ト線路19との接続点において、結合スロツト線
路側の入力インピーダンスは無限大となり、入力
信号は結合スロツト線路側には伝搬しない。その
ため、コプレナー線路16及び17に信号が伝搬
することになるが、このときストリツプ導体20
及び21に加わる信号は互いに逆相になつてい
る。
The input signal from port 1 passes through the slot line 15 and is converted to the coupled slot line 19. However, since the two outer conductors at the other end of the coupled slot line 19 are short-circuited by the strip conductor 22, the coupled slot line 19 is If the length is selected to be an odd multiple of a quarter wavelength, the input impedance on the coupled slot line side becomes infinite at the connection point between the slot line 15 and the coupled slot line 19, and the input signal is transferred to the coupled slot line side. It does not propagate to Therefore, the signal will propagate to the coplanar lines 16 and 17, but at this time the strip conductor 20
The signals applied to and 21 are in opposite phases to each other.

以下、実施例の動作原理について説明するが、
その理解を容易にするため、先に、第3図および
第4図に基づいて、伝送線路の基本動作について
述べる。
The operating principle of the embodiment will be explained below.
To facilitate understanding, the basic operation of the transmission line will first be described based on FIGS. 3 and 4.

第3図はコプレナー線路とスロツト線路の断面
を示す図であつて、第3図aはコプレナー線路の
断面を示しており、第3図bはスロツト線路の断
面を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a cross section of a coplanar line and a slot line, in which FIG. 3a shows a cross section of the coplanar line, and FIG. 3b shows a cross section of the slot line.

コプレナー線路の場合、線路を伝搬する電磁波
の電界分布は、図に26として矢印で示すように
左右対称になつており、不平衡モードと呼ばれて
いる。そのため、コプレナー線路は不平衡線路の
一種になる。
In the case of a coplanar line, the electric field distribution of electromagnetic waves propagating through the line is symmetrical as shown by arrows 26 in the figure, and is called an unbalanced mode. Therefore, a coplanar line is a type of unbalanced line.

一方、スロツト線路を伝搬する電磁波は、第3
図bに26として矢印で示すような電界分布とな
り、平衡2線のように2導体間を伝搬するため平
衡モードと呼ばれ、スロツト線路は平衡線路を形
成している。
On the other hand, the electromagnetic waves propagating through the slot line are
The electric field distribution is as shown by the arrow 26 in Figure b, and it is called a balanced mode because it propagates between two conductors like two balanced lines, and the slot line forms a balanced line.

第4図は、スロツト線路15を伝搬する平衡モ
ードが他の線路にどのように変換されているかを
表わしている。
FIG. 4 shows how the balanced mode propagating through the slot line 15 is converted to another line.

第4図aは、スロツト線路15が結合スロツト
線路19に接続されている回路を示している。入
力ポート27からの信号は、スロツト線路15を
伝搬し、結合スロツト線路の接続点29において
直列に2分割される。2分割された信号は、結合
スロツト線路19上を同図に矢印で示すような電
界の向きまで伝搬する。このような電界の向きを
持つた結合スロツト線路の伝搬モードを偶モード
と呼んでいる。
FIG. 4a shows a circuit in which the slot line 15 is connected to a coupled slot line 19. The signal from input port 27 propagates through slot line 15 and is split into two in series at connection point 29 of the combined slot line. The two-split signal propagates on the coupling slot line 19 in the direction of the electric field as shown by the arrow in the figure. The propagation mode of a coupled slot line with such an electric field direction is called an even mode.

すなわち、第4図aのようなスロツト線路と結
合スロツト線路の縦続接続の場合では、スロツト
線路の平衡モードは結合スロツト線路の偶モード
のみに結合する。
That is, in the case of a cascade connection of a slot line and a coupled slot line as shown in FIG. 4a, the balanced mode of the slot line is coupled only to the even mode of the coupled slot line.

第4図bはスロツト線路がコプレナー線路16
(伝搬モードは結合スロツト線路の奇モードに対
応する)に接続されている回路を示している。
In Fig. 4b, the slot line is the coplanar line 16.
(The propagation mode corresponds to the odd mode of the coupled slot line).

入力ポート27からの信号はスロツト線路15
を伝搬し、コプレナー線路16に接続するストリ
ツプ導体20を経て並列に2分割される。ストリ
ツプ導体20の下面の絶縁膜23内における電界
分布は、第4図bのA―A′における断面図であ
る第4図cに示すとおりである。
The signal from the input port 27 is sent to the slot line 15.
is propagated and is divided into two in parallel via a strip conductor 20 connected to a coplanar line 16. The electric field distribution within the insulating film 23 on the lower surface of the strip conductor 20 is as shown in FIG. 4c, which is a cross-sectional view taken along line AA' in FIG. 4b.

並列2分割された信号の電界は、コプレナー線
路16の中心導体に対して対称な分布となつてい
る。
The electric field of the signal divided into two in parallel has a symmetrical distribution with respect to the center conductor of the coplanar line 16.

すなわち、第4図bのようにブリツジを介して
スロツト線路とコプレナー線路を接続する構造で
は、スロツト線路の平衡モードはコプレナー線路
の不平衡モード(または結合スロツト線路の平衡
モード)のみに結合する。
That is, in a structure in which a slot line and a coplanar line are connected via a bridge as shown in FIG. 4b, the balanced mode of the slot line is coupled only to the unbalanced mode of the coplanar line (or the balanced mode of the combined slot line).

第5図aは第2図に示す実施例の動作原理を説
明する図であつて、ポート1からの入力信号はス
ロツト線路15を伝搬し、結合スロツト線路19
を偶モード励振し、ストリツプ導体22の中央部
29において短絡される。絶縁膜23内の電界分
布は、図に示すように逆方向になつているため、
電気的短絡条件を与えることになる。
FIG. 5a is a diagram illustrating the operating principle of the embodiment shown in FIG. 2, in which the input signal from port 1 propagates through slot line 15,
is excited in an even mode and is short-circuited at the central portion 29 of the strip conductor 22. Since the electric field distribution within the insulating film 23 is in the opposite direction as shown in the figure,
This will provide an electrical short circuit condition.

結合スロツト線路19の長さは、4分の1波長
の奇数倍に選んでいるため、第5図aのように短
絡されている場合には、ストリツプ導体20,2
1と結合スロツト線路19との交点から結合スロ
ツト線路側を見たインピーダンスは無限大にな
る。
The length of the coupled slot line 19 is selected to be an odd multiple of a quarter wavelength, so when it is short-circuited as shown in Figure 5a, the strip conductors 20, 2
1 and the coupling slot line 19 when looking at the coupling slot line side, the impedance becomes infinite.

このため、コプレナー線路18側には伝搬せ
ず、コプレナー線路16,17へ入力信号は結合
し(第4図bに示したモード変換)、出力ポート
2および3から得られる。この時の位相は、逆位
相となつている。
Therefore, the input signal does not propagate to the coplanar line 18 side, but is coupled to the coplanar lines 16 and 17 (mode conversion shown in FIG. 4b), and is obtained from the output ports 2 and 3. The phases at this time are opposite phases.

逆に、ポート4からの入力信号は、コプレナー
線路18を経て、結合スロツト線路19を奇モー
ド励振して伝搬するが、スロツト線路15には偶
モードのみが結合するため伝搬せず、コプレナー
線路16,17にストリツプ導体20,21を経
て伝搬し、出力ポート2,3から出力が得られ
る。この時の位相は、同相である。
Conversely, the input signal from port 4 passes through the coplanar line 18, excites the coupled slot line 19 in an odd mode, and propagates; however, since only the even mode is coupled to the slot line 15, it does not propagate, and is transmitted through the coplanar line 16. , 17 via strip conductors 20, 21, and outputs are obtained from output ports 2, 3. The phases at this time are in phase.

このように第2図の回路では、ポート1とポー
ト4とは結合せず、各々のポートかからの入力は
ポート2,3に等分割され、しかも位相が同相
(ポート4が入力ポート)、逆相(ポート1が入力
ポート)となつており、本回路は180゜ハイブリツ
ド回路として動作することになる。
In this way, in the circuit shown in Figure 2, ports 1 and 4 are not coupled, and the input from each port is equally divided between ports 2 and 3, and the phases are the same (port 4 is the input port). The phase is reversed (port 1 is the input port), and this circuit operates as a 180° hybrid circuit.

本構成による回路では基板の片面のみを使用し
ているため、片面のみのエツチングでパターンを
製作でき、さらにコプレナー線路とスロツト線路
の接続部を多層構造で構成しているため回路寸法
を小さくすることができる。また、機械工作が不
要なため回路を高い精度で製作することができ、
線路変換部における寄生素子の値を十分小さくで
きる。
Since the circuit with this configuration uses only one side of the board, the pattern can be fabricated by etching only one side.Furthermore, since the connection part between the coplanar line and the slot line is constructed with a multilayer structure, the circuit size can be reduced. I can do it. In addition, since no machining is required, circuits can be manufactured with high precision.
The value of parasitic elements in the line conversion section can be made sufficiently small.

第6図は本発明の他の実施例を示す図であつ
て、特許請求の範囲第1項に対応するものであ
り、24,25はスロツト線路である。回路動作
は第2図と同様であり、特に結合スロツト線路を
用いなくても180゜ハイブリツド回路を構成できる
ことを示している。
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and corresponds to claim 1, in which 24 and 25 are slot lines. The circuit operation is similar to that shown in FIG. 2, which shows that a 180° hybrid circuit can be constructed without using a coupling slot line.

第6図に示すものでは、第2図に示した実施例
において結合スロツト線路であつた箇所を併設し
た2条のスロツト線路としている点が異なるが他
の構成等は第2図のものと同じであつて、比較的
低い周波数での使用に限れば、2条のスロツト線
路24,25がそれぞれ独立しているので結合ス
ロツト線路を用いたものに比して、設計が容易で
ある利点がある。
The one shown in Fig. 6 differs in that the part that was a combined slot line in the embodiment shown in Fig. 2 is now a two-slot line, but the other configuration etc. are the same as the one in Fig. 2. However, when used only at relatively low frequencies, since the two slot lines 24 and 25 are independent, it has the advantage of being easier to design than a system using coupled slot lines. .

(発明の効果) 以上説明したように、本発明による共平面ハイ
ブリツド回路は半導体基板上に構成されるもの
で、共平面線路すなわちスロツト線路、結合スロ
ツト線路およびコプレナー線路間の接続部を機械
工作なしでエツチング工程のみで同一平面上に構
成できる。また、パターン寸法もエツチング精度
で規定できるため、高周波帯においても寄生素子
による不要な線路間結合を避けることができ、回
路の動作周波数領域を飛躍的に延ばすことができ
る利点があり、さらにバランス形回路等の高機能
化された回路も構成できる利点がある。
(Effects of the Invention) As explained above, the coplanar hybrid circuit according to the present invention is constructed on a semiconductor substrate, and the connections between the coplanar lines, that is, the slot lines, the coupled slot lines, and the coplanar lines can be made without mechanical work. can be constructed on the same plane using only an etching process. In addition, since pattern dimensions can be specified with etching precision, unnecessary coupling between lines due to parasitic elements can be avoided even in high frequency bands, which has the advantage of dramatically extending the operating frequency range of the circuit. There is an advantage that highly functional circuits such as circuits can be constructed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のハイブリツド回路を示す図、第
2図は本発明の1実施例を示す図、第3図はコプ
レナー線路とスロツト線路の断面を示す図、第4
図はスロツト線路を伝搬する平衡モードが他の線
路に変換されているかを示す図、第5図は第6図
は本発明の他の実施例を示す図である。 1,2,3,4,27,28……入出力ポー
ト、5,8,9,15,24,25……スロツト
線路、6.7,10……マイクロストリツプ線
路、11,12……スルホール内導体、13……
誘電体基板、14……半導体基板、16,17,
18……コプレナー線路、19……結合スロツト
線路、20,21,22……ストリツプ導体、2
3……絶縁膜、26……電界の方向、29……ス
トリツプ導体22の中央部。
Fig. 1 shows a conventional hybrid circuit, Fig. 2 shows an embodiment of the present invention, Fig. 3 shows a cross section of a coplanar line and a slot line, and Fig. 4 shows a cross section of a coplanar line and a slot line.
The figures show how the balanced mode propagating through the slot line is converted to other lines, and FIGS. 5 and 6 are views showing other embodiments of the present invention. 1, 2, 3, 4, 27, 28... Input/output port, 5, 8, 9, 15, 24, 25... Slot line, 6.7, 10... Microstrip line, 11, 12... ...Through hole inner conductor, 13...
Dielectric substrate, 14... Semiconductor substrate, 16, 17,
18... Coplanar line, 19... Coupled slot line, 20, 21, 22... Strip conductor, 2
3... Insulating film, 26... Direction of electric field, 29... Center portion of strip conductor 22.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に併設した2条のスロツト線路
の一端に他の1条のスロツト線路を接続して、こ
れを第1の接続点とするとともに、該1条のスロ
ツト線路の他端を第1の入出力ポートと成し、第
1の接続点において、前記併設した2条のスロツ
ト線路の間に位置する導体に第1、第2のコプレ
ナー線路の中心導体を接続して、これら第1、第
2のコプレナー線路の他端を第2、第3の入出力
ポートと成し、一方、前記併設した2条のスロツ
ト線路の第1の接続点から中心周波数の4分の1
波長の奇数倍に相当する距離の箇所に第3のコプ
レナー線路を接続して、これを第2の接続点とす
るとともに、該第3のコプレナー線路の他端を第
4の入出力ポートと成し、第2の接続点において
前記スロツト線路の外側2導体間を接続したこと
を特徴とする共平面ハイブリツド回路。 2 併設した2条のスロツト線路は結合スロツト
線路である特許請求の範囲第1項記載の共平面ハ
イブリツド回路。
[Scope of Claims] 1. One end of two slot lines provided side by side on a semiconductor substrate is connected to another slot line, and this is used as a first connection point, and the slot line of the one line is The other end serves as a first input/output port, and the center conductor of the first and second coplanar lines is connected to the conductor located between the two slot lines installed side by side at the first connection point. The other ends of these first and second coplanar lines serve as second and third input/output ports, while a quarter of the center frequency is connected to the first connection point of the two slot lines installed side by side. 1
A third coplanar line is connected to a point at a distance corresponding to an odd multiple of the wavelength, and this is used as a second connection point, and the other end of the third coplanar line is formed as a fourth input/output port. A coplanar hybrid circuit characterized in that two outer conductors of the slot line are connected at a second connection point. 2. The coplanar hybrid circuit according to claim 1, wherein the two slot lines installed side by side are combined slot lines.
JP59027222A 1984-02-17 1984-02-17 Coplanar hybrid circuit Granted JPS60172802A (en)

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